Bitte um Layout-Kritik: Step Up + Step Down Modul-Platine

[Frank Z. (hardwarecop)]

Nabend Leute,

wäre super wenn jemand Zeit findet, um kurz mal mein Eagle-Layout 
konstruktiv zu beurteilen bevor ich Prototypen bestelle.

Kurz zur Schaltung: Die Schaltung wird mit 5VDC Input versorgt (links 
oben). Auf der Platine befindet sich ein Aufwärtswandler (TPS55340PWPR, 
Infos: http://www.ti.com/product/TPS55340), der 30V daraus bei max. 220 
mA macht und ein Abwärtswandler (TPS562209DDC, Infos: 
http://www.ti.com/product/TPS562209), der 1.65V aus 5V macht bei maximal 
660 mA.

Die exotische Wahl der ICs begründet sich mit der hohen Effizienz 
(Teilewahl ausschließlich durch TI Webench). Die Werte wurden 
automatisch berechnet und simuliert (soll ich dem Webench Designer 
vertrauen? :-))))); das Layout orientiert sich stark an das 
Referenzlayout) Arbeite zum ersten Mal mit sehr kompakten und exotischen 
ICs (sonst bisher immer Standarddings, LM25XX), die mit hoher Frequenz 
(≥ 500 kHz) schalten und kenne mich nicht besonders gut mit aus. 
Deshalb:

- Isses so okay? (Sind die Bauteile so günstig platziert und die 
Leiterbahnen in Ordnung (Breite, Abstand und so))?
- Sollte VCC zum Stepdown-Wandler dicker gewählt sein?

Boardlayout (PNG Export) und Schaltplan sind angehängt. Eagle Files kann 
ich auch gerne hochladen, falls erwünscht.


Besten Dank im Voraus und LG.

[Jens (Gast)]

Du solltest in einem Regler die Masse Fläche zusammen zu belassen und 
nicht zu teilen.

Zum Beispiel wenn du COUT und COUTx um 180 Grad Dreh hast hast es bei 
einem Regler schon geschafft.

Jens

[Frank Z. (hardwarecop)]

Vielen Dank für die Antwort. Das ist definitiv sinnvoll. Aber meinst Du 
CIN und CINx bei dem linken Regler?

Beim zweiten ist die Massefläche zusammen - bloß dass die Fläche 
zwischen den Eingangskondensatoren und dem Rest ziemlich gering ist. 
Meinst Du es ist dramatisch? ^^

[Jens D. (jens)]

Nein ich meine die 2 über dem U1.
Ich sehe gerade, du hast CIN auch nicht direkt mit dem Regler verbunden.
Schau dir mal Refferenz Designs an, wie die das gemacht haben.

Wichtig ist, dass der Strompfad möglichst niederimpedant ist sprich 
kurze Strecken und ohne VIAs.

Da muss man schon einmal viel spielen aber in den meisten Fällen 
funktioniert das sehr gut.

Schau dir mal das hier an
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler

[Frank Z. (hardwarecop)]

Ah sehr gut, danke für den Artikel

Ich seh nicht so einen riesigen Unterschied zur Referenz? :p (Korrigier 
mich) - also wenn die Löcher im Referenzdesign (Thermal)-Vias sind. Beim 
rechten Step Down Wandler haben die auch VSW unten durch verbunden. Hm

Habe jetzt den Css-Pfad unten laufen lassen, damit GND von CIN und CINx 
mit dem restlichen GND verbunden ist. Die hässliche Form ist dem Isolate 
geschuldet.

[M. W. (rallini94)]

Ich gebe zu mich auch nicht so gut mit Schaltreglern auszukennen, aber 
mit kommt die Feedback-Schleife bei U1 (Ausgangsspannung -> RFBT -> 
RFBB) etwas groß vor, damit kannst du dir Störungen einkopplen, was den 
Regler aus dem Tritt bringt (mag das jemand bestätigen, der mehr Ahnung 
hat? :D)
Ich würde versuchen RF mit dem GND Anschluss nach oben zu drehen und 
RFBT quasi Parallel dazu zu legen und RFBB dann noch näher ans IC zu 
holen, das müsste die Schleife nochmal etwas kleiner machen.
Aber wie gesagt, vielleicht sehe das erfahrene Schaltregler-Designer 
nicht so kritisch

[Mampf F. (mampf)]

M. W. schrieb:
> mit kommt die Feedback-Schleife bei U1 (Ausgangsspannung -> RFBT ->
> RFBB) etwas groß vor

Meine Erfahrungen diesbezüglich sind, dass man da oft die Wahl zwischen 
Pest und Cholera hat und dann das kleinere Übel oft die längere 
Feedback-Schleife ist :D

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Frank Z. schrieb:
> das Layout orientiert sich stark an das Referenzlayout
Eher nicht. Nur die Platzierung orientiert sich lose am 
Layoutvorschlag. Aber beim Layoutvorschlag wird AGND und PGND explizit 
voneinander getrennt und nur über die Verbindung vom AGND-Pin zum 
Thermal Pad hergestellt.

Ich würde hier in der Appnote 
http://www.ti.com/lit/ug/slvu668a/slvu668a.pdf das Layout mal genauer 
ansehen. Offenbar ist für diesen Schaltregler ein Multilayer ratsam. 
:-O

Beim TPS562209 sieht der Layoutvorschlag im Bild 2 der zugehörigen 
Appnote sehr gut aus: http://www.ti.com/lit/an/slva818/slva818.pdf
Dein Layout dreht da noch ein paar unnötige Runden mitsamt Layerwechsel.

BTW: Dein Layout ist übrigens auch noch ziemlich geräumig. Da wäre mir 
viel zu viel Platz um die Bauteile. Und die Massefluterei sehe ich eher 
kritisch...

[Frank Z. (hardwarecop)]

Moin,

vielen Dank schonmal für die zahlreichen Inputs, hilft mir sehr viel 
weiter.

M. W. schrieb:
> Ich würde versuchen RF mit dem GND Anschluss nach oben zu drehen und
> RFBT quasi Parallel dazu zu legen und RFBB dann noch näher ans IC zu
> holen, das müsste die Schleife nochmal etwas kleiner machen.

Stimmt da sehe ich auch Optimierungebedarf. RF ist nun nach oben 
ausgerichtet und RBFT konnte man noch um π drehen.

Zum Stepdown Wandler rechts: Super, hab mich nun an Layout 1 gerichtet 
(Alles auf Top Layer). Den Layerwechsel musste ich im 1. Design machen, 
weil da zu wenig Abstand zwischen den Pins war. Habe die Library 
überarbeitet und die Pads verkleinert. So siehts hoffe mal besser aus 
(Bild angehängt).

Den Stepup Wandler muss ich mir nochmal genauer anschauen, kümmer mich 
nach dem Frühstück drum :D Multilayer steht mir leider nicht zur 
Verfügung, würde einfach zu viel kosten (ist nur ein Hobby-Projekt)

Die Geräumigkeit folgt aus dem banalen Grund, dass ich es selbst alles 
per Hand einlöten muss :p

[Mampf F. (mampf)]

Frank Z. schrieb:
> Die Geräumigkeit folgt aus dem banalen Grund, dass ich es selbst alles
> per Hand einlöten muss :p

Das ist eine Ausrede - sowas zählt nicht ;-) Man kann ganz andere Sachen 
per Hand einlöten xD

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Mampf F. schrieb:
> Frank Z. schrieb:
>> Die Geräumigkeit folgt aus dem banalen Grund, dass ich es selbst alles
>> per Hand einlöten muss :p
> Das ist eine Ausrede - sowas zählt nicht ;-)
Gerade beim manuellen Löten kann man noch kleinere Abstände realisieren, 
als wenn der Bestückerkopf noch hinrangieren muss. Normalerweise ist das 
Problem also andersrum: die handgelöteten Prototypen sind hinterher 
nicht mehr fertigbar... :-O

Frank Z. schrieb:
> So siehts hoffe mal besser aus (Bild angehängt).
Probiers aus. Ich würde die Analogmasse AGND, auf die sich die 
Kleinsignalverarbeitung bezieht deutlicher von der Leistungsmasse PGND 
trennen. Denn jetzt fleißt der gesamte geschaltete Strom quer durch die 
Kleinsignalverarbeitung. Das kann so einen Regler hübsch beeindrucken 
und beeinträchtigen.

> Zum Stepdown Wandler rechts:
Glücklicherweise nimmt der Strom nicht vorrangig den Pfad, den du 
eingezeichnet hast, sondern den kürzesten Weg... ;-)

[Frank Z. (hardwarecop)]

Lothar M. schrieb:
> Mampf F. schrieb:
> Frank Z. schrieb:
> Die Geräumigkeit folgt aus dem banalen Grund, dass ich es selbst alles
> per Hand einlöten muss :p
>
> Das ist eine Ausrede - sowas zählt nicht ;-)
>
> Gerade beim manuellen Löten kann man noch kleinere Abstände realisieren,
> als wenn der Bestückerkopf noch hinrangieren muss. Normalerweise ist das
> Problem also andersrum: die handgelöteten Prototypen sind hinterher
> nicht mehr fertigbar... :-O

Gut... habt mich von meinen eigenen Lötfähigkeiten überzeugt. Und wenns 
net klappt machts ne dünnere Lötspitze. Hat auch noch den netten 
Nebeneffekt, dass die Platine um fast 1 cm geschrumpft ist ^^

Die differenzierte Behandlung von A und PGND ist mir jetzt doch etwas 
viel Aufwand :p Denkst Du man kann da dem Webench vertrauen, da im 
Webench-Design auch beide einfach zusammengewürfelt wurde?

Was den Strom angeht.. Upps da war wohl meine Aufmerksamkeit weg für ne 
Minute wie bei vielen anderen Dingen ^^

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Frank Z. schrieb:
> Die differenzierte Behandlung von A und PGND ist mir jetzt doch etwas
> viel Aufwand :p
Sooo extrem viel Aufwand sehe ich da eigentlich nicht. Es muss ja nicht 
der gesamte Laststrom quer über den AGND-Pin fließen...

Trenne die Masse am grünen Strich auf. So entsteht ein "AGND-Zipfel", 
der nur über AGND mit PGND verbunden ist.
Verschiebe die Kompensationsbauteile ein wenig nach rechts oben.
Lösche das Via, drehe den RFBT um 90° und platziere ihn unter das 
Kompensationsnetzerk.
Schließe auch den CSS an den "AGND-Zipfel" an.

Und vergiss diese Kupferfluterei an dieser Stelle gründlich...

[Mampf F. (mampf)]

Frank Z. schrieb:
> Gut... habt mich von meinen eigenen Lötfähigkeiten überzeugt. Und wenns
> net klappt machts ne dünnere Lötspitze. Hat auch noch den netten
> Nebeneffekt, dass die Platine um fast 1 cm geschrumpft ist ^^

Du musst mehr Platinen beim Chinesen bestellen ... Irgendwann fängst du 
an, alles so hinzuoptimieren, dass es immer auf 10*10cm, weil jeder 
über-Millimeter $25 mehr kostet ... Dann ist der Schritt zum $4,90 
5x5cm-Zwang nicht mehr weit xD

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Frank Z. schrieb:
> Denkst Du man kann da dem Webench vertrauen, da im Webench-Design auch
> beide einfach zusammengewürfelt wurde?
Nein. Wie die Leitungen tatsächlich liegen ist nicht Bestandteil eines 
Schaltplans.
Das Layout ist das unausgesprochene zusätzliche Bauteil, von dem 
besonders beim Schaltreglerdesign einiges abhängt... ?

[Frank Z. (hardwarecop)]

Lothar M. schrieb:
> Trenne die Masse am grünen Strich auf. So entsteht ein "AGND-Zipfel",
> der nur über AGND mit PGND verbunden ist.
> Verschiebe die Kompensationsbauteile ein wenig nach rechts oben.
> Lösche das Via, drehe den RFBT um 90° und platziere ihn unter das
> Kompensationsnetzerk.
> Schließe auch den CSS an den "AGND-Zipfel" an.
>
> Und vergiss diese Kupferfluterei an dieser Stelle gründlich...

Super, danke für die ausführliche Beschreibung. Man... gutes Design von 
Schaltreglern braucht noch viel Erfahrung ^^

Sehe gerade im Datenblatt, dass auch RF zum AGND gezogen werden muss. Da 
musste der Draht von RF unten durch. Die Names der drei Bauteile wurden 
aufgrund von Platzmangel nach rechts oben auf die freie Fläche verlegt. 
Sieht schon deutlich besser aus was Excessive Ground Flooding betrifft 
finde ich. Wenns so besser ist, haue ich die too-much-Groundplanes auch 
vom Abwärtswandler weg.

Wobei GND vom den CINs brutal abgetrennt wurde vom Rest und unten lang 
gehen müssen. Sind Bedenken diesbezüglich berechtigt? ^^ :O

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Frank Z. schrieb:
> Wobei GND vom den CINs brutal abgetrennt wurde vom Rest und unten lang
> gehen müssen.
Gibt diesem Strom auf der Unterseite mehr Platz...

[Frank Z. (hardwarecop)]

Lothar M. schrieb:
> Frank Z. schrieb:
>> Wobei GND vom den CINs brutal abgetrennt wurde vom Rest und unten lang
>> gehen müssen.
> Gibt diesem Strom auf der Unterseite mehr Platz...

Ah. Gut wenn man sowas sieht.

Na dann lasse ich einfach mal davon Prototypen anfertigen lassen. Wenn's 
schlecht war lacht mich mein Oszi schon aus. Kann ja mal vom Ripple bei 
Last und Effizienz der Schaltregler berichten.